JP6230084B1 - 姿勢評価システム - Google Patents
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Abstract
Description
X0’ = 2×L2/L1×cosθ−1
Y0’ = 2×L2/L1×sinθ
図1は、姿勢評価装置100のハードウェア構成を示す図である。
測定装置40は、例えば、赤外線レーザで構造化光の単一のパターンを対象物に投影した状態で赤外線カメラで対象物を撮影し、パラメータを用いて三角測量により画像上の各点の距離情報を算出する3Dセンサを備え、3Dセンサから得られた距離情報に基づいて、対象者の身体における各部位(以下「測定部位」という。)の位置情報を生成する。測定部位としては、例えば、図2に示すように、身体の中央部位について、「頭」「首」「肩中央」「背骨」「腰中央」を、身体の右側部位について、「右手先」「右手親指」「右手」「右手首」「右肘」「右肩」「右腰」「右膝」「右かかと」「右足」を、身体の左側部位について、右側各部位と対称となる部位を対象とすることができる。測定装置40としては、例えば、米マイクロソフト社製の「kinect v2」を採用することができる。
図3は、姿勢評価処理を示すフローチャートである。
X0 = X1×W1x+X2×W2x+…+Xn×Wnx …(1)
例えば、重心部位「頭部」「胴体」「左上腕」「右上腕」「左前腕」「右前腕」「左大腿」「右大腿」「左下腿」「右下腿」については、上式(1)は次のようになる。
X0 = X1(頭部のX座標)×W1x(頭部の重み係数)+X2(胴体のX座標)×W2x(胴体の重み係数)+X3(左上腕のX座標)×W3x(左上腕の重み係数)+X4(右上腕のX座標)×W4x(右上腕の重み係数)+X5(左前腕のX座標)×W5x(左前腕の重み係数)+X6(右前腕のX座標)×W6x(右前腕の重み係数)+X7(左大腿のX座標)×W7x(左大腿の重み係数)+X8(右大腿のX座標)×W8x(右大腿の重み係数)+X9(左下腿のX座標)×W9x(左下腿の重み係数)+X10(右下腿のX座標)×W10x(右下腿の重み係数) …(1)
ここで、
X1(頭部のX座標) = (頭のX座標+首のX座標)/2
X2(胴体のX座標) = (肩中央のX座標+背骨のX座標)/2
X3(左上腕のX座標) = (左肩のX座標+左肘のX座標)/2
X4(右上腕のX座標) = (右肩のX座標+右肘のX座標)/2
X5(左前腕のX座標) = (左肘のX座標+左手首のX座標)/2
X6(右前腕のX座標) = (右肘のX座標+右手首のX座標)/2
X7(左大腿のX座標) = (左腰のX座標+左膝のX座標)/2
X8(右大腿のX座標) = (右腰のX座標+右膝のX座標)/2
X9(左下腿のX座標) = (左膝のX座標+左かかとのX座標)/2
X10(右下腿のX座標) = (右膝のX座標+右かかとのX座標)/2
また、W1x〜W10xはそれぞれ、例えば、0.070、0.430、0.035、0.035、0.023、0.023、0.116、0.116、0.053、0.053である。
また、Y座標については、下式(2)に示すように、各重心部位ごとに、空間座標系におけるその重心部位の重心Y座標Y1〜Ynを算出し、算出した重心Y座標Y1〜Ynにその重心部位に対応する重み係数W1y〜Wnyを乗算する。重心Y座標は、例えば、その重心部位の両端にある測定部位のY座標の中点として算出することができる。重み係数は、重心部位ごとに設定されており、記憶装置42のテーブル等に格納されている。そして、各重心部位ごとの乗算結果を加算することにより空間座標系における身体の重心Y座標Y0を算出する。
Y0 = Y1×W1y+Y2×W2y+…+Yn×Wny …(2)
例えば、重心部位「頭部」「胴体」「左上腕」「右上腕」「左前腕」「右前腕」「左大腿」「右大腿」「左下腿」「右下腿」については、上式(2)は次のようになる。
Y0 = Y1(頭部のY座標)×W1y(頭部の重み係数)+Y2(胴体のY座標)×W2y(胴体の重み係数)+Y3(左上腕のY座標)×W3y(左上腕の重み係数)+Y4(右上腕のY座標)×W4y(右上腕の重み係数)+Y5(左前腕のY座標)×W5y(左前腕の重み係数)+Y6(右前腕のY座標)×W6y(右前腕の重み係数)+Y7(左大腿のY座標)×W7y(左大腿の重み係数)+Y8(右大腿のY座標)×W8y(右大腿の重み係数)+Y9(左下腿のY座標)×W9y(左下腿の重み係数)+Y10(右下腿のY座標)×W10y(右下腿の重み係数) …(2)
ここで、
Y1(頭部のY座標) = (頭のY座標+首のY座標)/2
Y2(胴体のY座標) = (肩中央のY座標+背骨のY座標)/2
Y3(左上腕のY座標) = (左肩のY座標+左肘のY座標)/2
Y4(右上腕のY座標) = (右肩のY座標+右肘のY座標)/2
Y5(左前腕のY座標) = (左肘のY座標+左手首のY座標)/2
Y6(右前腕のY座標) = (右肘のY座標+右手首のY座標)/2
Y7(左大腿のY座標) = (左腰のY座標+左膝のY座標)/2
Y8(右大腿のY座標) = (右腰のY座標+右膝のY座標)/2
Y9(左下腿のY座標) = (左膝のY座標+左かかとのY座標)/2
Y10(右下腿のY座標) = (右膝のY座標+右かかとのY座標)/2
また、W1y〜W10yはそれぞれW1x〜W10xとは独立且つ任意に設定することができる。例えば、0.070、0.430、0.035、0.035、0.023、0.023、0.116、0.116、0.053、0.053として設定することができる。
次いで、ステップS104に移行して、ステップS102で算出した重心XY座標に基づいて、身体座標系における身体の水平面上の重心XY座標を算出する。
v1'・v2' = cosθ
θ = cos-1(v1'・v2') …(3)
そして、左足から右足までの距離をL1、左足からP(X0,Y0)までの距離をL2とすると、身体座標系における身体の水平面上の重心XY座標P’(X0’,Y0’)は、下式(4)により求めることができる。
X0’ = 2×L2/L1×cosθ−1
Y0’ = 2×L2/L1×sinθ …(4)
水平面の傾きの評価値については、図4に示すように、ステップS106で算出した水平面の傾きが0の場合は「5」、0よりも大きく5以下の場合は「4」、5よりも大きく10以下の場合は「3」、10よりも大きく15以下の場合は「2」、15よりも大きく20以下の場合は「1」とする。また、0よりも小さく−5以上の場合は「4」、5よりも小さく−10以上の場合は「3」、10よりも小さく−15以上の場合は「2」、15よりも小さく−20以上の場合は「1」とする。
次いで、ステップS110に移行して、図5の最右欄に示すように、ステップS108で算出した評価値を表示装置44に表示する。図5の例では、83点が表示されている。評価値は、100点満点であり、点数が高いほど身体の傾きが小さく、逆に点数が低いほど身体の傾きが大きいことを示している。点数に応じたコメントも表示し、例えば、20点以上40点未満の場合は「日常から大変ではないですか?もう一度身体の状態を見直してみましょう。」、40点以上60点未満の場合は「姿勢のアンバランス性が目立つようです。専門家に相談してみてください。」を表示する。また、60点以上80点未満の場合は「やや特徴的な姿勢といえます。対称的な姿勢をとるよう普段より心がけましょう。」、80点以上の場合は「とても素晴らしい姿勢です。自分の特徴を確認してさらなるよい姿勢を目指しましょう。」を表示する。
本実施の形態では、身体における部位の位置情報を測定装置40から取得し、取得した位置情報に基づいて、空間座標系における身体の重心位置を算出し、算出した重心位置に基づいて、身体座標系における身体の水平面上の重心位置を算出し、算出した重心位置に基づいて、水平面に対する身体の傾きを姿勢評価要素として算出し、算出した姿勢評価要素に基づいて、身体の歪みに関する評価値を算出する。
なお、上記実施の形態においては、水平面の傾き、頭−首の角度、首−肩の差分、首−腰の角度、腰−仙骨の角度及び膝関節−足首関節の差分を姿勢評価要素として採用したが、これに限らず、これらのうち少なくとも1つを姿勢評価要素として採用すればよく、これ以外にも任意の姿勢評価要素を組み合わせることができる。
Z0 = Z1×W1z+Z2×W2z+…+Zn×Wnz …(5)
また、上記実施の形態及びその変形例においては、X座標及びY座標についてそれぞれ重み係数を設定したが、これに限らず、X座標及びY座標について共通の重み係数を設定することもできる。この場合、上式(1)(2)は次のようになる。また、Z座標についても同様であり、上式(5)は次のようになる。
X0 = X1×W1+X2×W2+…+Xn×Wn …(1)
Y0 = Y1×W1+Y2×W2+…+Yn×Wn …(2)
Z0 = Z1×W1+Z2×W2+…+Zn×Wn …(5)
Claims (5)
- 非接触センサの検出結果に基づいて対象物の身体における部位の位置情報を生成する位置情報生成手段から、空間座標系における重心位置を求める複数の部位のそれぞれについて当該重心位置の算出に必要な少なくとも2つの部位及び基準位置に対し対称となる2つの部位を含む前記身体における各部位の位置情報を取得する位置情報取得手段と、
前記位置情報取得手段で取得した位置情報に基づいて、前記重心位置を求める部位ごとに、空間座標系における当該部位の重心位置を算出し、算出した重心位置に当該部位に対応する重み係数を乗算し、前記各部位ごとの乗算結果を加算することにより空間座標系における前記身体の重心位置を算出する第1重心位置算出手段と、
前記第1重心位置算出手段で算出した重心位置に基づいて、身体座標系における前記身体の水平面上の重心位置を算出する第2重心位置算出手段と、
前記第2重心位置算出手段で算出した重心位置に基づいて、水平面に対する前記身体の傾きを姿勢評価要素として算出し、さらに、前記対称となる2つの部位のうち一方の部位から前記基準位置までの距離と他方の部位から前記基準位置までの距離との差分を姿勢評価要素として算出する姿勢評価要素算出手段と、
前記姿勢評価要素算出手段で算出した姿勢評価要素に基づいて、前記身体の歪みに関する評価情報を生成する評価情報生成手段とを備え、
前記第2重心位置算出手段は、空間座標系における左足のXY座標から、空間座標系における右足のXY座標への単位ベクトルをv1'、前記左足のXY座標から、空間座標系における前記身体の重心XY座標への単位ベクトルをv2'とし、単位ベクトルv1'、v2'のなす角度θを算出し、
前記左足のXY座標から前記右足のXY座標までの距離をL1、前記左足のXY座標から前記身体の重心XY座標までの距離をL2とし、身体座標系における前記身体の水平面上の重心XY座標P’(X0’,Y0’)を下式により算出することを特徴とする姿勢評価システム。
X0’ = 2×L2/L1×cosθ−1
Y0’ = 2×L2/L1×sinθ - 非接触センサの検出結果に基づいて対象物の身体における部位の位置情報を生成する位置情報生成手段から、空間座標系における重心位置を求める複数の部位のそれぞれについて当該重心位置の算出に必要な少なくとも2つの部位、基準位置に対し対称となる2つの部位及び基準位置に対し対称となる他の2つの部位を含む前記身体における各部位の位置情報を取得する位置情報取得手段と、
前記位置情報取得手段で取得した位置情報に基づいて、前記重心位置を求める部位ごとに、空間座標系における当該部位の重心位置を算出し、算出した重心位置に当該部位に対応する重み係数を乗算し、前記各部位ごとの乗算結果を加算することにより空間座標系における前記身体の重心位置を算出する第1重心位置算出手段と、
前記第1重心位置算出手段で算出した重心位置に基づいて、身体座標系における前記身体の水平面上の重心位置を算出する第2重心位置算出手段と、
前記第2重心位置算出手段で算出した重心位置に基づいて、水平面に対する前記身体の傾きを姿勢評価要素として算出し、さらに、前記対称となる2つの部位の間の距離と前記対称となる他の2つの部位の間の距離との差分を姿勢評価要素として算出する姿勢評価要素算出手段と、
前記姿勢評価要素算出手段で算出した姿勢評価要素に基づいて、前記身体の歪みに関する評価情報を生成する評価情報生成手段とを備え、
前記第2重心位置算出手段は、空間座標系における左足のXY座標から、空間座標系における右足のXY座標への単位ベクトルをv1'、前記左足のXY座標から、空間座標系における前記身体の重心XY座標への単位ベクトルをv2'とし、単位ベクトルv1'、v2'のなす角度θを算出し、
前記左足のXY座標から前記右足のXY座標までの距離をL1、前記左足のXY座標から前記身体の重心XY座標までの距離をL2とし、身体座標系における前記身体の水平面上の重心XY座標P’(X0’,Y0’)を下式により算出することを特徴とする姿勢評価システム。
X0’ = 2×L2/L1×cosθ−1
Y0’ = 2×L2/L1×sinθ - 請求項1及び2のいずれか1項において、
前記姿勢評価要素算出手段は、さらに、2つの部位を結ぶ直線の傾斜角度を姿勢評価要素として算出することを特徴とする姿勢評価システム。 - 請求項3において、
前記姿勢評価要素算出手段は、水平面に対する前記身体の傾き、頭と首を結ぶ直線の傾斜角度、首から左肩までの距離と首から右肩までの距離との差分、首と腰を結ぶ直線の傾斜角度、腰と仙骨を結ぶ直線の傾斜角度、及び、左右膝関節の距離と左右足首関節の距離との差分を姿勢評価要素として算出することを特徴とする姿勢評価システム。 - 請求項1乃至4のいずれか1項において、
前記評価情報生成手段は、前記位置情報取得手段で取得した位置情報に基づいて、身体における複数の点について前記非接触センサからの距離を示す分布画像を前記評価情報として生成することを特徴とする姿勢評価システム。
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藤谷 祐也: "Kinect v2を用いた姿勢判定", 平成27年度電子情報通信学会東京支部学生会研究発表会, vol. 第21回, JPN6017000362, 26 February 2016 (2016-02-26), pages 講演番号:179 * |
Cited By (2)
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KR20210000513A (ko) * | 2019-06-25 | 2021-01-05 | 수원대학교산학협력단 | 거북목 방지장치 및 그 제어방법 |
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